3 PCIExpress采集卡驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序在WindowsXP操作系統(tǒng)下，應(yīng)用微軟公司的DriverStudio平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)。DriverStudio平臺(tái)提供了驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)所需的WDM（Windows DriverMode，Windows驅(qū)動(dòng)程序模型），包括VtoolsD、DriverWorks、DriverNetWorks和SoftICE等開發(fā)工具，應(yīng)用該平臺(tái)開發(fā)降低了驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)的難度，同時(shí)了提高了代碼的可靠性。

　　3.1硬件驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)程序

　　對(duì)外部硬件的訪問是通過DriverWorks提供的2個(gè)類來實(shí)現(xiàn)的，其中，KioRang類實(shí)現(xiàn)對(duì)I/O映射芯片的訪問，KMemoryRang類實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)存映射芯片的訪問。本系統(tǒng)選擇了KMemoryRang完成PCI Express硬件的訪問，主要調(diào)用函數(shù)如表1所示。

　　表1 主要調(diào)用函數(shù)

　　KMemoryRang類主要函數(shù)初始化KMemoryRang類的操作是在驅(qū)動(dòng)程序啟動(dòng)例程中執(zhí)行的，主要執(zhí)行程序如下：NTSTATUSPCIeDevice（KIrpI）

　　｛…

　　PCM＿RESOURCE＿LIST pResListRaw＝I.AllocatedResources（）；PCM＿RESOURCE＿LIST pResListTranslated＝I.TranslatedResources（）；m＿M(jìn)emoryRange.Initialize（pResListTranslated，pResListRaw，0）；…

　　｝當(dāng)驅(qū)動(dòng)程序完成初始化時(shí)，應(yīng)用端軟件將通過inb（）和outb（）等函數(shù)對(duì)外部硬件電路進(jìn)行訪問，讀寫數(shù)據(jù)。

　　3.2DMA傳輸實(shí)現(xiàn)

　　采用DMA傳輸能極大的減輕主機(jī)處理負(fù)擔(dān)，特別適用于大數(shù)據(jù)量處理系統(tǒng)。采用DriverWorks提供的KDmaAdapter類可輕松建立一個(gè)DMA 傳輸鏈路，實(shí)現(xiàn)DMA讀寫操作。用于FPGA總線協(xié)議模塊軟件層完成了相關(guān)DMA傳輸?shù)目刂疲则?qū)動(dòng)程序DMA傳輸只需子在系統(tǒng)啟動(dòng)DMA傳輸時(shí)，身心相應(yīng)的內(nèi)存作為公共緩沖區(qū)，用于外部DMA控制器存入數(shù)據(jù)文件，這里需要調(diào)用DriverWorks提供的KCommonDmaBuffer類，該類常用函數(shù)如表2所示。

　　VirtaulAddress（）函數(shù)返回的內(nèi)核模式地址是提供給驅(qū)動(dòng)程序讀寫公用緩沖區(qū)用的，而進(jìn)行DMA傳輸時(shí)需要用到緩沖區(qū)的物理地址，也即需要寫入DMA參數(shù)寄存器的是緩沖區(qū)的物理地址。

　　3.3總線中斷處理

　　采集卡一共需要處理三種中斷請(qǐng)求，分別是DMA寫完成，DMA讀完成和錯(cuò)誤中斷請(qǐng)求。在Driver－Works平臺(tái)中，KInterrupt類可用于處理硬件中斷，其主要函數(shù)包括中斷寄存器初始化，中斷連接函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了將一個(gè)中斷服務(wù)例程連接到一個(gè)中斷和解除其連接等。

　　表2KCommonDmaBuffer類主要函數(shù)中斷處理函數(shù)首先在驅(qū)動(dòng)程序構(gòu)造的函數(shù)中調(diào)用 MEMBER＿ISR（class＿name，fuction＿name），聲明中斷服務(wù)例程為該類的一個(gè)成員函數(shù)，接著在驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)例程中調(diào)用 InitializeAndConnect（），初始化中斷類實(shí)例，并與中斷服務(wù)例程連接起來。

　　這樣就完成了對(duì)外部硬件中斷的處理，當(dāng)每次驅(qū)動(dòng)程序檢測(cè)到硬件產(chǎn)生中斷脈沖時(shí)，中斷服務(wù)函數(shù)隨即被調(diào)用，從而轉(zhuǎn)入相應(yīng)中斷處理程序中執(zhí)行。

　　4采集卡性能測(cè)試

　　為測(cè)試采集系統(tǒng)性能，自行設(shè)計(jì)了應(yīng)用軟件對(duì)采集卡數(shù)據(jù)傳輸速率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在Windows環(huán)境下，采用多種數(shù)據(jù)量進(jìn)行DMA方式讀寫。應(yīng)用端軟件根據(jù)數(shù)設(shè)定的數(shù)據(jù)包大小，申請(qǐng)不同的內(nèi)存空間，并將虛擬地址映射到FPGA的DMA寄存器。實(shí)際測(cè)試采集速率結(jié)果如圖4所示。

　　圖4實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)采集速率

　　根據(jù)圖4的測(cè)試結(jié)果，總線DMA傳輸速率與數(shù)據(jù)塊大小相關(guān)。當(dāng)設(shè)定系統(tǒng)數(shù)據(jù)塊（即開辟的主機(jī)內(nèi)存）大于32Mb時(shí)，采集卡的采集速率穩(wěn)定在5.6Gb/s.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)大幅度地提高了數(shù)據(jù)交互速度，發(fā)揮了PCIExpress總線的優(yōu)越性能。

　　5結(jié)語

　　本文應(yīng)用Xilinx公司的Virtex－6芯片設(shè)計(jì)了PCI Express高速采集卡，通過調(diào)用FPGA內(nèi)部的PCIE集成協(xié)議硬核，配合總線DMA控制器，能夠快速可靠地采集外部差分?jǐn)?shù)據(jù)，具有解碼、整形，高速采集存儲(chǔ)的功能，是大數(shù)據(jù)量交互的有效解決方案。